分散式主鍵解決方案之--Snowflake雪花演算法

0--前言

　　對於分散式系統環境，主鍵ID的設計很關鍵，什麼自增intID那些是絕對不用的，比較早的時候，大部分系統都用UUID/GUID來作為主鍵，優點是方便又能解決問題，缺點是插入時因為UUID/GUID的不規則導致每插入一條數據就需要重新排列一次，性能低下；也有人提出用UUID/GUID轉long的方式，可以很明確的告訴你，這種方式long不能保證唯一，大併發下會有重覆long出現，所以也不可取，這個主鍵設計問題曾經是很多公司系統設計的一個頭疼點，所以大部分公司願意犧牲一部分性能而直接採用簡單粗暴的UUID/GUID來作為分散式系統的主鍵；

　　twitter開源了一個snowflake演算法，俗稱雪花演算法；就是為瞭解決分散式環境下生成不同ID的問題；該演算法會生成19位的long型有序數字，MySQL中用bigint來存儲（bigint長度為20位）；該演算法應該是目前分散式環境中主鍵ID最好的解決方案之一了；

1--snowflake雪花演算法實現

　　好，廢話不多說，直接上演算法實現

  1 package com.anson;
  2 
  3 import java.lang.management.ManagementFactory;
  4 import java.net.InetAddress;
  5 import java.net.NetworkInterface;
  6 
  7 //雪花演算法代碼實現
  8 public class IdWorker {
  9     // 時間起始標記點，作為基準，一般取系統的最近時間（一旦確定不能變動）
 10     private final static long twepoch = 1288834974657L;
 11     // 機器標識位數
 12     private final static long workerIdBits = 5L;
 13     // 數據中心標識位數
 14     private final static long datacenterIdBits = 5L;
 15     // 機器ID最大值
 16     private final static long maxWorkerId = -1L ^ (-1L << workerIdBits);
 17     // 數據中心ID最大值
 18     private final static long maxDatacenterId = -1L ^ (-1L << datacenterIdBits);
 19     // 毫秒內自增位
 20     private final static long sequenceBits = 12L;
 21     // 機器ID偏左移12位
 22     private final static long workerIdShift = sequenceBits;
 23     // 數據中心ID左移17位
 24     private final static long datacenterIdShift = sequenceBits + workerIdBits;
 25     // 時間毫秒左移22位
 26     private final static long timestampLeftShift = sequenceBits + workerIdBits + datacenterIdBits;
 27 
 28     private final static long sequenceMask = -1L ^ (-1L << sequenceBits);
 29     /* 上次生產id時間戳 */
 30     private static long lastTimestamp = -1L;
 31     // 0，併發控制
 32     private long sequence = 0L;
 33 
 34     private final long workerId;
 35     // 數據標識id部分
 36     private final long datacenterId;
 37 
 38     public IdWorker(){
 39         this.datacenterId = getDatacenterId(maxDatacenterId);
 40         this.workerId = getMaxWorkerId(datacenterId, maxWorkerId);
 41     }
 42     /**
 43      * @param workerId
 44      *            工作機器ID
 45      * @param datacenterId
 46      *            序列號
 47      */
 48     public IdWorker(long workerId, long datacenterId) {
 49         if (workerId > maxWorkerId || workerId < 0) {
 50             throw new IllegalArgumentException(String.format("worker Id can't be greater than %d or less than 0", maxWorkerId));
 51         }
 52         if (datacenterId > maxDatacenterId || datacenterId < 0) {
 53             throw new IllegalArgumentException(String.format("datacenter Id can't be greater than %d or less than 0", maxDatacenterId));
 54         }
 55         this.workerId = workerId;
 56         this.datacenterId = datacenterId;
 57     }
 58     /**
 59      * 獲取下一個ID
 60      *
 61      * @return
 62      */
 63     public synchronized long nextId() {
 64         long timestamp = timeGen();
 65         if (timestamp < lastTimestamp) {
 66             throw new RuntimeException(String.format("Clock moved backwards.  Refusing to generate id for %d milliseconds", lastTimestamp - timestamp));
 67         }
 68 
 69         if (lastTimestamp == timestamp) {
 70             // 當前毫秒內，則+1
 71             sequence = (sequence + 1) & sequenceMask;
 72             if (sequence == 0) {
 73                 // 當前毫秒內計數滿了，則等待下一秒
 74                 timestamp = tilNextMillis(lastTimestamp);
 75             }
 76         } else {
 77             sequence = 0L;
 78         }
 79         lastTimestamp = timestamp;
 80         // ID偏移組合生成最終的ID，並返回ID
 81         long nextId = ((timestamp - twepoch) << timestampLeftShift)
 82                 | (datacenterId << datacenterIdShift)
 83                 | (workerId << workerIdShift) | sequence;
 84 
 85         return nextId;
 86     }
 87 
 88     private long tilNextMillis(final long lastTimestamp) {
 89         long timestamp = this.timeGen();
 90         while (timestamp <= lastTimestamp) {
 91             timestamp = this.timeGen();
 92         }
 93         return timestamp;
 94     }
 95 
 96     private long timeGen() {
 97         return System.currentTimeMillis();
 98     }
 99 
100     /**
101      * <p>
102      * 獲取 maxWorkerId
103      * </p>
104      */
105     protected static long getMaxWorkerId(long datacenterId, long maxWorkerId) {
106         StringBuffer mpid = new StringBuffer();
107         mpid.append(datacenterId);
108         String name = ManagementFactory.getRuntimeMXBean().getName();
109         if (!name.isEmpty()) {
110             /*
111              * GET jvmPid
112              */
113             mpid.append(name.split("@")[0]);
114         }
115         /*
116          * MAC + PID 的 hashcode 獲取16個低位
117          */
118         return (mpid.toString().hashCode() & 0xffff) % (maxWorkerId + 1);
119     }
120 
121     /**
122      * <p>
123      * 數據標識id部分
124      * </p>
125      */
126     protected static long getDatacenterId(long maxDatacenterId) {
127         long id = 0L;
128         try {
129             InetAddress ip = InetAddress.getLocalHost();
130             NetworkInterface network = NetworkInterface.getByInetAddress(ip);
131             if (network == null) {
132                 id = 1L;
133             } else {
134                 byte[] mac = network.getHardwareAddress();
135                 id = ((0x000000FF & (long) mac[mac.length - 1])
136                         | (0x0000FF00 & (((long) mac[mac.length - 2]) << 8))) >> 6;
137                 id = id % (maxDatacenterId + 1);
138             }
139         } catch (Exception e) {
140             System.out.println(" getDatacenterId: " + e.getMessage());
141         }
142         return id;
143     }
144 }

3--測試

package com.anson;

/**
 * @description: TODO
 * @author: anson
 * @Date: 2019/10/7 22:16
 * @version: 1.0
 */
public class snow
{
    public static  void main(String[] args) throws Exception
    {
        try
        {


        IdWorker idw = new IdWorker(1,1);
        long ids = idw.nextId();


        for(int i=0;i<10000;i++)
        {
            ids = idw.nextId();
            System.out.println(ids);
        }

        }
        catch (Exception ex)
        {

        }

    }
}

結果如下圖：

 程式生成了19位的有序數字，這個既解決了分散式ID生成唯一性問題，也解決了性能問題，建議系統ID設計都採用該演算法生成。